Nose Faired/Tail Faired

[ajarmala]

On vuosia kiinnostanut sellainen valmistus- mittaussysteemi, että voisi jatkuvasti korjata samaa laitteistoa aerodynamiikaltaan aina vaan paremmaksi. Nyt on niin turhauttavaa, jos rakentaa ensin kuukausien työllä jotain, ja sitten tietysti huomaa, että olisi pitänyt rakentaa hieman toisin, ja aloitettava aivan alusta.

Tämä on juuri näiden käyttämiemme kolmiulotteisten laitteiden hankaluus: niiden ilmanvastuksen arvioiminen on vaikeaa, koska aina joutuu rakentamaan työläästi koko laitteen valmiiksi, ja vasta sitten saa selville, onko sen aerodynamiikasta mihinkään.

Jotta tässä oikeasti päästäisiin kunnolla eteenpäin, tarvittaisiin joku, jolla olisi mahdollisuus, kyky ja taito käyttää 3D-suunnitteuohjelmaa ja siihen liittyvää virtausdynamiikan simulointiohjelmistoa. Tietekoneella mallin muutokset on kuitenkin halvempaa ja helpompaa tehdä kuin todellisuudessa reaalimallin mittoja ja muotoja muuttamalla. Taas kerran tässäkin tarvittaisiin tietokoneita ja joku, joka osaa käyttää niitä.

T. Ari

[optimistx]

...

Tämä on juuri näiden käyttämiemme kolmiulotteisten laitteiden hankaluus: niiden ilmanvastuksen arvioiminen on vaikeaa, koska aina joutuu rakentamaan työläästi koko laitteen valmiiksi, ja vasta sitten saa selville, onko sen aerodynamiikasta mihinkään.

Jotta tässä oikeasti päästäisiin kunnolla eteenpäin, tarvittaisiin joku, jolla olisi mahdollisuus, kyky ja taito käyttää 3D-suunnitteuohjelmaa ja siihen liittyvää virtausdynamiikan simulointiohjelmistoa. Tietekoneella mallin muutokset on kuitenkin halvempaa ja helpompaa tehdä kuin todellisuudessa reaalimallin mittoja ja muotoja muuttamalla. Taas kerran tässäkin tarvittaisiin tietokoneita ja joku, joka osaa käyttää niitä.

T. Ari

Eiköhän nuo asiat ajanmittaan löydy. Ei luovuteta, hissun kissun ajan kanssa.

Olit muuten saanut yllättävän hyvät arvot rullauskokeissa, kiitos niistä. Toistelitko kokeita niin, että olisi arvio hajonnasta tai jotain muuta konstia päätellä arvojen luotettavuutta?

Kun tein itse rullauskokeita, joista yritin laskea ilmanvastuskerrointa ja vierintäkitkaa, huomasin yllättäen, että pienetkin ilmavirran vaihtelut (lähes tyynessä ilmassa) vaikuttivat ja koko homma meni siksi tai jostain muusta syystä pipariksi. Rullailin siis melkein tasaisella, edestakaisin samaa noin 150 m pätkää. Ehkä isossa mäessä saisi luotettavammat arviot.

Yrittelen lisätä tuulimittarin, jotta ainakin tuo virhelähde pienenisi. Tasaisella mittauksella olisi se etu, ettei tarvitse lähteä etsimään isoja mäkiä, joissa pintakin saattaa olla erilainen kuin ne kiinnostavat asfaltit kotinurkkien lähellä. Olisi juhlaa pystyä tietyllä pätkällä toteamaan, että nyt kun muutin koppaa aavistuksen niin ja näin, niin ilmanvastuskerroin pieneni 0.24 % 'aivan varmasti', ja kun muutin rengaspainetta takapyörässä + 20 %, niin vierintäkitka muuttui -7.4 % 'aivan varmasti'.

On turhauttavaa lueskella ulkomaisilta palstoillta vuorenvarmoilla äänensävyillä esitettyjä keskenään ristiriitaisia mutuja loputtomiin. Kuin uskonnollista puhetta. Prkle. Mitataan asiat ja sillä sipuli.

[jviirret]

Tuossa täydellisen mittauspaikan löytymisessä on taas se huono puoli, että tällaisessa olosuhteessa ei pääse koskaan oikeassa elämässä ajamaan. Siksi tuo työmatka-ajo olisi hyvää testiajoa, siinä tulee samaan testiin kaikki mahdolliset arkielämän tilanteet, mäet, mutkat, montut, tuulet kaikista suunnista, sateet... Pitäisi vain vihtiä kirjata jokainen työmatka aikoineen ja olosuhteineen ylös. Kun sitten tekee ajoneuvoon jonkun muutoksen, voisi verrata aiemmin samoissa olosuhteissa ajettuihin tuloksiin. Eikä testaamiseen ja testipaikalle menemiseen kuluisi vapaa-aikaa ollenkaan, paitsi tuo tuloksien kirjaaminen.

Jukka

[jviirret]

Laskutehtävä osaaville:

Jos "tavallinen tadpole"(ilmanvastuskerroin ja poikkipinta-ala esitetty tuolla ylempänä) menee alamäessä 55km/h ja Mango velomobiili samassa mäessä 75km/h niin paljonko on Mangon ilmanvastuskerroin?
Tuota suuruusluokkaa olevat nopeudet noille ajoneuvoille Lowride 2010:ssa samassa mäessä kai rullattiin?
Jos katteen aiheuttama nopeuden nousu tuossa 55km/h nopeudessa on tuon 36% niin puolta pienemmässä nopeudessahan se on 18% eli 27,5km/h nopeudesta "oikein" kattaminen nostaisi nopeuden 32,5km/h. 20km/h nopeudessa ko kate nostaisi vauhdin 22,6km/h. Laskinko oikein?

Jukka

[ajarmala]

Olit muuten saanut yllättävän hyvät arvot rullauskokeissa, kiitos niistä. Toistelitko kokeita niin, että olisi arvio hajonnasta tai jotain muuta konstia päätellä arvojen luotettavuutta?

Etsin mahdollisimman vaakasuorassa olevan tienpätkän, jolla on hyvin vähän liikennettä. Siitä sitten merkille runsaan 100 m pätkä. Rullasin sen illalla myöhään pahimpien tuulten tyynnyttyä kolme kertaa molempiin suuntiin ensin alkunopeudella n. 18-20 km/h ja sitten vielä samat 3x2 rullausta alkunopeudella 35 km/h. MyLogger päällä ja se tallensi paikat, matkat, ajat ja nopeudet. Data Exceliin ja sinne energiayhtälöt varustettuna neljällä muuttujalla, joille Excelin ratkaisimella optimoin parhaat arvot. Näin siis sain mittaustuloksiin parhaiten sopivat arvot kitkakertoimelle, ilmanvastukselle, tuulelle ja kaltevuudelle. Olen tästä tänne jo kuvauksen kirjoittanutkin viime syksynä...

T. Ari

[ajarmala]

Laskutehtävä osaaville:

Jos "tavallinen tadpole"(ilmanvastuskerroin ja poikkipinta-ala esitetty tuolla ylempänä) menee alamäessä 55km/h ja Mango velomobiili samassa mäessä 75km/h niin paljonko on Mangon ilmanvastuskerroin?
Tuota suuruusluokkaa olevat nopeudet noille ajoneuvoille Lowride 2010:ssa samassa mäessä kai rullattiin?
Jos katteen aiheuttama nopeuden nousu tuossa 55km/h nopeudessa on tuon 36% niin puolta pienemmässä nopeudessahan se on 18% eli 27,5km/h nopeudesta "oikein" kattaminen nostaisi nopeuden 32,5km/h. 20km/h nopeudessa ko kate nostaisi vauhdin 22,6km/h. Laskinko oikein?

Jukka

No, esimerkiksi jos minun midracerini rullaisi mäessä 55 km/h, niin mäen kaltevuuden pitää olla 5,5 %. Jos sama 5,5 prosentin mäki Mangolla rullaten tulee 75 km/h, niin sen ilmanvastuskertoimen pitää olla n. 0,45. Minun nojakissanihan se on 0,93.

Jos noilla arvoilla laskee loivemman mäen, kaltevuudeltaan 1,15 %, niin minun nojakkini rullaisi 20 km/h ja Mango taas 28 km/h. Toisin sanoen et laskenut oikein.

T. Ari

[jviirret]

No, esimerkiksi jos minun midracerini rullaisi mäessä 55 km/h, niin mäen kaltevuuden pitää olla 5,5 %. Jos sama 5,5 prosentin mäki Mangolla rullaten tulee 75 km/h, niin sen ilmanvastuskertoimen pitää olla n. 0,45. Minun nojakissanihan se on 0,93.

Jos noilla arvoilla laskee loivemman mäen, kaltevuudeltaan 1,15 %, niin minun nojakkini rullaisi 20 km/h ja Mango taas 28 km/h.

Eli prosentuaalinen nopeusero noiden kahden ajoneuvon välillä pysyy samana(n.40%) kaikissa nopeuksissa eikä kasva nopeuden neliössä kuten ilmanvastuksen vaikutus? Mäessä jossa sun pyörä menee 10km/h niin mango menee 14km/h?

Jukka

[jori]

Laskutehtävä osaaville:

Jos "tavallinen tadpole"(ilmanvastuskerroin ja poikkipinta-ala esitetty tuolla ylempänä) menee alamäessä 55km/h ja Mango velomobiili samassa mäessä 75km/h niin paljonko on Mangon ilmanvastuskerroin?
Tuota suuruusluokkaa olevat nopeudet noille ajoneuvoille Lowride 2010:ssa samassa mäessä kai rullattiin?
Jos katteen aiheuttama nopeuden nousu tuossa 55km/h nopeudessa on tuon 36% niin puolta pienemmässä nopeudessahan se on 18% eli 27,5km/h nopeudesta "oikein" kattaminen nostaisi nopeuden 32,5km/h. 20km/h nopeudessa ko kate nostaisi vauhdin 22,6km/h. Laskinko oikein?

Jukka

No, esimerkiksi jos minun midracerini rullaisi mäessä 55 km/h, niin mäen kaltevuuden pitää olla 5,5 %. Jos sama 5,5 prosentin mäki Mangolla rullaten tulee 75 km/h, niin sen ilmanvastuskertoimen pitää olla n. 0,45. Minun nojakissanihan se on 0,93.

Jos noilla arvoilla laskee loivemman mäen, kaltevuudeltaan 1,15 %, niin minun nojakkini rullaisi 20 km/h ja Mango taas 28 km/h. Toisin sanoen et laskenut oikein.

T. Ari

Sijoititko oikeat Mangon otsapinta-ala ja painolukemat? Alamäessähän vierintävastusominaisuudet eivät vaikuta loppunopeuteen, siis jos vierintävastuskerroin on molemmilla sama. Nopeusero on siis suoraan ilmanvastuksen aiheuttama.

Ilmanvastus riippuu nopeuden neliöstä, joten sama vastusvoima saavutetaan siis Cdm x 75² = Cdt x 55². Siis vastuskertoimien suhde Cdm:Cdt = 75²:55² = 1,86 Koska Cdt on tuon 0,93, tulee Mangon kertoimeksi Cdm = 0,50.

Mangon otsapinta-ala on kuitenkin suurempi kuin tuon kattamattoman, joten kertoimen täytyy olla pienempi. Lisäksi näissä alamäen laskuissa saa erittäin helposti vääriä tuloksia, jos mitattavana suureena on vain loppunopeus. Nopeus nimittäin kiihtyy hitaasti ja saavuttaa loppunopeuden vasta äärettömän pitkässä alamäessä.

Jos siis alkunopeudet ovat mäen päällä samat, jää pienemmän ilmanvastuksen omaavan = nopeamman ajoneuvon loppunopeus samassa mäessä enemmän vajaaksi lopullisesta terminaalinopeudesta. Paremman tuloksen ilmanvastuksen kannalta saisi kiihdyttämällä mäen päällä oletettuun loppunopeuteen ja alamäki vain testaisi arvauksen oikeaksi muuttumattomalla nopeudella.

Tuo Arin käyttämä regressioanalyysi useamman tallennetun nopeuden käyrästä ei välitä alkunopeuden virheistä, vaan antaa paremman arvion vastuksista. Mikset Ari laittaisi excel tiedostoa käyttöohjeineen tänne, niin pääsisivät muutkin mittailemaan vastuskertoimiaan. Noita GPS loggereita alkaa jo olla, mutta excelin hienompien ominaisuuksien käyttö ei kuitenkaan monelta onnistu. Ei minultakaan. Myös ohjeet tuon nopeusdatan ulos saamiseksi navigaattorin syövereistä auttaisi alkuun.

[jviirret]

Mangon kertoimeksi Cdm = 0,50.

Mangon otsapinta-ala on kuitenkin suurempi kuin tuon kattamattoman, joten kertoimen täytyy olla pienempi. Lisäksi näissä alamäen laskuissa saa erittäin helposti vääriä tuloksia, jos mitattavana suureena on vain loppunopeus. Nopeus nimittäin kiihtyy hitaasti ja saavuttaa loppunopeuden vasta äärettömän pitkässä alamäessä.

No tuo mäki missä noita lowride 2010 ennätyksiä laskettiin oli niin pitkä että ainakin kattamattomilla ajoneuvoilla siinä nopeus ei ollut loppuvaiheessa kiihtyvä.
Minulle riittää tuo tieto että Mangon kerroin on n. 0,4-0,5, eikä esim 0,1-0,2. Tietääpähän että ilmanvastuskertoimen laskeminen 0,9:stä puoleen vaatii ympäripyöreän korin, sileän pohjan, koteloidut ja levytetyt pyörät...

Jukka

[jori]

Korjailin tuohon laskelmaan oikean otsapinta-alan Mangolle (0,41 m²) ja huomioin Mangon suuremman painon. Tällä laskelmalla ilmanvastuskertoimeksi tulee 0,45. Minusta hämmästyttävän paljon. Ei voi muuta kuin olettaa, että Mango ei ole ehtinyt kiihtyä suurempaan nopeuteensa lyhyessä mäessä. Tai sitten täytyy uskoa itseään, että yksityiskohdat aiheuttavat ilmanvastuksen. Ehkä molemmat.

Hiukan ihmetyttää tuo vierintävastuksen pieni arvo. Minusta tuollaisiin arvoihin (0,0046) ei päästä tavallisilla renkailla. Voi tietysti olla, että renkaat ovat kehittyneet. Minun taulukoissani 90-luvulta parhaan 20 tuumaisen fillarin renkaan vierintävastus on 0,0063. Tämä ei kuitenkaan vaikuta tuohon ilmanvastuskertoimeen, mutta ihmetyttää kuitenkin.

M5 sivuilla on tällainen kuva:
Noilla arvoilla katteen ilmanvastuskertoimeksi tulee summittain 0,1. Tarkkaa arvoa ei voi laskea, koska katteen otsapinta-alasta ei ole tietoa. Laskin otsapinta-alaan 20% lisäyksen ilman katetta ajavaan nähden. Jos ero on suurempi, vastuskerroin on pienempi. Paljon on siis Mangollakin kirittävää oikeaan streamlineriin verrattuna.

[jviirret]

Korjailin tuohon laskelmaan oikean otsapinta-alan Mangolle (0,41 m²) ja huomioin Mangon suuremman painon. Tällä laskelmalla ilmanvastuskertoimeksi tulee 0,45. Minusta hämmästyttävän paljon. Ei voi muuta kuin olettaa, että Mango ei ole ehtinyt kiihtyä suurempaan nopeuteensa lyhyessä mäessä. Tai sitten täytyy uskoa itseään, että yksityiskohdat aiheuttavat ilmanvastuksen. Ehkä molemmat.

Tuolle mangon nopeudelle ei ole muuta lähdettä kuin tämä: http://www.youtube.com/user/Mustasudenk ... gpi41SvLg8 mangon kulettaja olisi oikea henkilö arvioimaan oliko vauhti kiihtyvä ja polkiko hän.
Eikä tullut yhdeltäkään tadpole kuskilta kysyttyä kuinka kovaa ne tismalleen kulkivat, oman higracerin GPS näytti aika kauan hieman yli 55km/h nopeutta, oletin et letka meni Mangoa ja muutamaa muuta poikkeusta lukuunottamatta liki samaa nopeutta.
Eli muuttujia on paljon(liian paljon?), mutta vaikka miten vääntelis niin ihan tuommosiin 0,1 lukemiin ei päästä ja sopivasti vääntelemällä saa tuon Mangon kertoimen vieläkin huonommaksi.

Jukka

[ajarmala]

Tuo Arin käyttämä regressioanalyysi useamman tallennetun nopeuden käyrästä ei välitä alkunopeuden virheistä, vaan antaa paremman arvion vastuksista. Mikset Ari laittaisi excel tiedostoa käyttöohjeineen tänne, niin pääsisivät muutkin mittailemaan vastuskertoimiaan. Noita GPS loggereita alkaa jo olla, mutta excelin hienompien ominaisuuksien käyttö ei kuitenkaan monelta onnistu. Ei minultakaan. Myös ohjeet tuon nopeusdatan ulos saamiseksi navigaattorin syövereistä auttaisi alkuun.

Hmm, tuo viime syksynä laatimani Excel-taulukko oli kyllä tyyliä quick and dirty eli vain raapaistu kasaan, kun halusin optimoida parametrit kohdalleen. Täytyypä katsoa, jos siitä saisi vaikka käyttäjäystävällisen muodon aikaan...

Datojen kaivuuseen loggereista löytyy netistä kyllä apua. Esim. myLoggerista datan saa ulos igotu2gpx-ohjelmalla:

ari@ari:~$ igotu2gpx
Usage: igotu2gpx info|dump|clear|diff [OPTIONS...]

Options:
--action arg info: show GPS tracker configuration
dump: output trackpoints
clear: clear memory of the GPS tracker
diff: show configuration differences relative to an
image file
-d [ --device ] arg connect to the specified device (usb:<vendor>:<product>
(Unix) or serial:<n> (Windows))
-i [ --image ] arg read memory contents from file (saved by "dump --raw")
--gpx output in GPX format (this is the default)
--details output a detailed representation of all trackpoints
--raw output the memory contents of the GPS tracker (be sure
to redirect output to a file)
--segments for output in GPX format, group trackpoints into
segments instead of tracks
--utc-offset arg time zone offset in seconds
--help output this help and exit
--version output version information and exit
-v [ --verbose ] increase verbosity

T. Ari

[Jarcco]

Mielenkiintoinen ketju ollut tämä. Velojen ilmanvastuskertoimista on aika vähän tietoa, mutta tuollainen löytyi sentään:
http://www.adventuresofgreg.com/HPVlog/01-09-05.html
Sen mukaan Mangon CdA on 0.12, eli jos jakaa pinta-alan pois niin Cd 0n 0,12/0,41= 0,29. Tuntuisi uskottavalta, vaikka sivulla ei mainita mistä arvot on saatu. Vertailun vuoksi Quest CdA on 0,092 ja jos oletetaan että poikkipinta on sama 0,41 niin Cd=0,22. Varmaankin kertoimeen vaikuttaa oleellisesti onko laitettu peilejä tai muita härpättimiä tai vaikka paksummat renkaat. Yleisesti tuotanto velojen kertoimet ovat verraten huonoja, tai niitä luulisi sutjakkaammiksi kuin ovat muodon perusteella. Silmä tosiaan taitaa olla huono mittari tässä asiassa.
Tuossa bentriderin keskustelua aiheesta:
http://www.bentrideronline.com/messageb ... 604&page=3

[JuSa]

Todella kiinnostavaa keskustelua!
Johtopäätöksenäni (tai välijohtopäätöksenä) toteaisin, että jos Mangon Cd on 0,29 eikä pienempi kuin voisi odottaa, niin syynä on varmaan suurehko, avoin istuinaukko ja korkea niskatuki, jotka "pilaavat" muuten hyvän muodon. Nämä tekevät oletettavasti paljon pyörteitä verrattuna täyskatettuun vastaavaan. Siis täysin peittävä pleksikupu Mangon istuinaukon päälle, niin Cd voisi olla 0,19. Lukemat 0,1 edellyttävät kaksipyöräisyyttä tai muuten sivupyörien huomioimista, esim. kuten Arrow Hawk.
Muita ratkaisevia piirteitä on vaikkapa etukuvun, nenän pudottaminen lähelle maan pintaa (Vector, Varna):

What I have learned from practical experience says that you want to minimize the pressure that builds up under the fairing. This means you want your fairing to mostly deflect the air to the sides, and up over the top of the fairing, instead of down and under it. If you design the fairing with a symmetrical nose from a side view, air will be forced under the bike, causing a venturi effect which constricts the airflow, and slows you down.

http://www.recumbents.com/WISIL/barracu ... design.htm
Omaan tarpeeseeni uskoisi kaikkien edellisten perusteella istuimeen ulottuvan "nenäkatteen" voivan mahdollistaa Cd ~ 0,38 .. 0,45 kertoimen, joka keventää 12h suoritusta melkoisesti: esim 75W kevyellä teholla pystyy etenemään riittävästi ja avoin perä voi myötätuuliosuuksilla olla jopa hyödyksi, jos on tuulinen päivä
Mutta jatkakaa vaan!

[tavasti]

... ja avoin perä voi myötätuuliosuuksilla olla jopa hyödyksi, jos on tuulinen päivä

Se avoin perä toimii purjeena jos tuuli takaa on kovempi kuin nopeutesi, ja näin tuskin on. Ajelet tasaisella ainakin 30 km/h, ja tuskin siellä radalla alle metrin korkeudessa on 8.3 m/s tuuli, tai ainakin sitten on jo melkoinen myrsky.

Sivumyötäisestä tuulesta saattaisi olla apua jos olisi viisto perä. Sivutuuleen purjehtimalla voi päästä kovempaa kuin tuulen nopeus, myötätuuleen vain tuulen nopeudella.
Esim F40 kuskit väittävät että sivutuulesta on apua, tiedä sitten.